JP2640142B2

JP2640142B2 - 真空スイッチ管用接点材およびその製法

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Publication number: JP2640142B2
Application number: JP1142446A
Authority: JP
Inventors: 榮造納谷; 光弘奥村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: DE69011421T2; EP0401595A2; EP0401595A3; KR950011979B1; US5019156A; EP0401595B1; DE69011421D1; JPH038233A; KR910001832A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は多数回の負荷開閉を行っても、すぐれた耐電
圧性能を維持し、かつしゃ断性能もすぐれた真空スイッ
チ管用接点材およびその製法に関する。

〔従来の技術〕

真空スイッチ管に用いられる接点材に要求される特性
としては、電流しゃ断性能がすぐれていること、耐電圧
性能にすぐれていること、裁断電流値が小さいこと、消
耗量が少ないこと、溶着引外し力が小さいこと、転移を
起こしにくいことなどがあげられ、これらすべての性能
を満足した接点材が求められている。しかし、一方で、
非常に動作回数が多いものとか、電流投入専用もしくは
電流しゃ断専用といった使われ方をするケースも多々み
ることができる。例えば、特開昭61−29026号公報に
は、Cuを主成分とし、Crを15〜37重量％およびSi、Mn、
Ti、Al、ZrおよびＣの少なくとも一種を15重量％以下含
有する真空遮断器用接点材料が示されている。

また、特開昭59−167926号公報には、Cuを含有すると
共にCrが20〜30重量％及びチタンが５重量％以下の範囲
で含有する真空遮断器用接点材料が示されている。

更に、特開昭61−288331号公報にはCuを含有すると共
にCrを15〜40重量％及びチタンの硼化物を0.5〜10重量
％の範囲で含有する真空遮断器用接点材料が示されてい
る。

従来の接点材は全般的に均整のとれたものであるが、
すべての性能を満足しているわけではなく負荷投入専用
で開閉回数が多いとか、負荷しゃ断専用で開閉回数が多
いといった様な用途にはあまり適したものではない。た
とえばCu−Ｗ接点材は耐電圧性能にすぐれているため、
負荷開閉器用真空スイッチ管によく用いられたが、負荷
投入専用で多数解開閉を行なうと、耐電圧性能が少しづ
つ低下するといった欠点を有している。また、元来しゃ
断性能が低いといった欠点も有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の真空スイッチ管用接点材は以上のように、全般
的にまとまった性能を有していたが、特定の性能を重視
した用い方をするばあいその性能を満足することができ
ず、新しい接点材の開発が求められていた。

本発明は前記のような問題点に鑑みなされたもので、
多数回の負荷開閉を行なってもすぐれた耐電圧性能を維
持し、しゃ断性能にもすぐれ、多数回の開閉を行っても
表面荒れが少ない（転移が少ない）真空スイッチ管用接
点材を提供するため、従来から知られたCuとTiとCrを成
分とする材料において耐電圧性能、特に10万回開閉後の
耐電圧性能がピーク値を示す組成比を求めることを目的
とする。

またそのような真空スイッチ管用接点材の製法を提供
することをも目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る真空スイッチ管用接点材は、Cr粉末が50
〜70体積％、Ti粉末が0.1〜1.15体積％、残部がCu粉末
からなる粉末を混合したのち真空引し、得られた混合粉
末を非酸化雰囲気中、800℃以上、Cuの融点未満の温度
で加熱しながらプレスして得たものである。

〔実施例〕

以下、本発明の接点材の製法について説明する。本発
明の接点材は従来の製法では巣を多量に含有するなどの
点で満足なものをうることはできなかったが、以下に説
明する製法により製造することができる。

まず第１の製法として、第1A〜1C図に示すようにCu粉
末とCr粉末とTi粉末とを混合したのち、えられた混合粉
末をカーボンダイス（１）などに充填し、非酸化性雰囲
気中、Cuの融点未満の温度で加熱しながらプレスする方
法があげられる（以下、これをホットプレス法とい
う）。

前記Cu粉末、Cr粉末およびTi粉末としては、純度が99
％以上であることが好ましく、粒径が100μｍ以下の粒
子からなるものが使用される。Cu粉末とCr粉末とTi粉末
の組成割合は、Cr粉末が50〜70体積％（44.7〜66.1重量
％）、Ti粉末が0.1〜1.15体積％（0.0563〜0.681重量
％）、残部がCu粉末である。なお、体積％と重量％の関
係は、Crの密度を7.20g/cm³、Tiの密度を4.54g/cm³及び
Cuの密度を8.93g/cm³として換算されるものを言う（密
度については、例えば丸善（株）発行国立天文台編「理
科年表」参照）。純度、粒径および組成割合をこのよう
にするのは電気特性を満足する接点材を得るためであ
る。

Cu粉末とCr粉末とTi粉末の混合は、通常行われている
ような方法が採用しうる。たとえばボールミル混合など
があげられる。

前記非酸化性雰囲気は、Cu粉末、Cr粉末およびTi粉末
の酸化を防止し、焼結を促進させるための雰囲気であ
り、水素などの還元性雰囲気;Ar、N₂などの不活性ガス
雰囲気;10^-3〜10^-5Torr程度の真空などがあげられる。
これらのうちではCu粉末表面の還元作用の点から水素雰
囲気、真空が好ましい。

前記加熱温度は、CuとCrの反応を極力防止し電気伝導
度の低下を防ぐ意味からCuの融点（1083℃）未満、好ま
しくは980℃以下である。しかし、温度が低すぎるとプ
レスの際の加圧力を大きくしなければならなくなった
り、プレスするのに非常に長時間を要するなどの問題が
生じるので、実用上800℃以上が好ましい。

前記プレスの方法にとくに限定はないが、荷重は空隙
率を小さくし、焼結を促進させるという点から200kg/cm
²以上必要であるが、荷重を大きくすると製造に要する
時間は短縮できるが、圧力を発生する機構およびダイス
が大きくなり、設備面でのコストアップ等別の意味の問
題が発生するため、500kg/cm²以下が望ましい。また、
プレスに要する時間は密度を99％以上まで高めるため、
0.5〜３時間程度の範囲で前記荷重とのかねあいで決定
すればよい。

また前記ダイスの材料としてはアルミナ、カーボンな
どが考えられるが、還元作用といった点、加工のしやす
さといった点からカーボンが好ましい。

また前記混合粉末を通常の成形法により圧粉体とし、
この圧粉体をダイスに充填してもよい。圧粉体を作成す
る方法は混合粉末を直接ダイスに充填する方法に比べ、
体積が小さくなっている分、ダイスに充填できる量が増
加するという利点があり、生産効率が大きく向上する。

つぎに第２の製法として、第2A〜2E図に示すようにCu
粉末とCr粉末とTi粉末を混合し、先に述べたように圧粉
体を製造したのち、非酸化性雰囲気の缶の中に圧粉体を
封入し、つづいてこの缶をCuの融点未満の温度で缶の外
部雰囲気の圧力をあげる方法があげられる（以下、HIP
法という）。

使用する粉末および成分は前記第１の製法と同一であ
り、前記圧粉体は常法により手で取扱える程度に固まっ
ていればよい。

つぎにえられた圧粉体（４）を、たとえば第2C図に示
すようなステンレス製の容器（５）に入れ、管付きのフ
タを溶接で取りつける。つづいてこの管から容器内部を
真空に排気し、この管を圧接し、真空を維持する。この
容器を加熱しながら雰囲気加圧すればよく、加熱温度は
前記第１の製法と同じくCuの融点（1083℃）未満、好ま
しくは980℃以下で800℃以上が好ましい。また容器外周
の雰囲気圧は100〜2000気圧で30分〜１時間保持するこ
とが好ましい。

このような高温高圧下では、たとえ容器の口が閉じて
あるとはいえ、閉じた口から容器内へのガスの侵入も起
り得るので、念のために、この雰囲気圧はたとえばArに
より形成する。

前記容器内雰囲気は、粉末の酸化を防止、製造時間短
縮、加圧に要する容器外圧力が低くできるという意味
で、真空とすることが好ましい。なお、Ar、N₂等を用い
てもよいが、この場合、完全にガスを置換するには一度
容器内を真空にすることが必要となるので、真空、Ar、
N₂のいずれにするかに係わらず真空引することは必須と
なるのである。

また前記圧粉体（４）は常温では粉末表面にガスや水
分を吸着しているため、たとえばそのままステンレス容
器（５）に封入しようとすると長時間真空排気を行う必
要がある。したがって前記圧粉体で非酸化雰囲気中で、
980℃以下の温度で焼結を行い、水分等を離脱させたも
のを用いてもよい。前記非酸化性雰囲気は水素などの還
元性雰囲気;Ar、N₂などの不活性ガス雰囲気;10^-3〜10^-5
Torr程度の真空が考えられるが、水分の脱離、酸化防止
の点から水素雰囲気、真空が望ましい。

つぎに本発明の接点材およびその製法を、実施例に基
づき、さらに具体的に説明する。

実施例１〜３〔製造例１〜９〕および参考例１〜３〔参
考製造例１〜９〕 Cu粉末（粒径10μｍ以下、純度99.5％以上）とCr粉末
（粒径74μｍ以下、純度99.5％以上）とTi粉末（粒径44
μｍ以下、純度99.9％以上）とを第１表の割合で秤量
し、ボールミル混合したのち、カーボンのダイス（１）
に充填し、真空中で980℃の温度に保持し、200kg/cm²の
荷重で１時間プレスし接点材をえた。

なお、第１表には示さないが、Cr量が30、40および80
体積％のものも作成した。

比較例１〔比較製造例１〜３〕なお、比較例１として前記と同一原料粉末を用いて第
２表に示す割合のものも同一製法で処理し接点材をえ
た。

なお、第２表には示さないがCr量が30、40および80体
積％のものも作成した。

比較例２〔比較製造例４〜６〕また、比較例２として原料粉末は前記のものを用い、
製造方法は常法である焼結法で第３表に示す割合の接点
材を作成した。

比較例３〔比較製造例７〜９〕さらに、従来例として製造方法は常法である溶浸法を
用い第４表に示すCu−Ｗ接点材を作成した。

前記えられた接点材を円板形状に機械加工し、重量と
寸法を測定し、密度を算出した。また、電気導電率計に
より接点材の電気伝導度を測定した。これらの結果を第
４図および第３図に示す。

これらの円板をさらに電極の形状に機械加工したの
ち、真空スイッチ管に組込み、操作機構に取り付け、耐
電圧性能、電流しゃ断性能等の電気テストを行った。結
果を第５〜９図に示す。

電気テスト終了後の真空スイッチ管を分解し、接点表
面の荒れを測定した。結果を第10図に示す。

実施例４〜６〔製造例10〜18〕原料粉末は実施例１〜３と同一のものを用い第５表に
示す割合で秤量し、ボールミル混合を行ったものを金型
に充填し、プレスし、圧粉体（４）を作成した。この圧
粉体（４）をステンレス製の缶（５）にセットし、フタ
を溶接にて取り付けた後、ステンレス管（５）にあらか
じめ取り付けられていた排気管より容器内部を真空排気
した。排気は油拡散ポンプを用い、水分を除去するため
ステンレス容器（５）を200〜400℃程度に加熱しながら
排気した。排気完了後、排気管を圧接し、排気管先端は
バーナーで溶封した。この容器をHIP装置にセットし、9
80℃、200気圧で１時間処理した。

前記えられた接点材を円板形状に機械加工し、重量と
寸法を測定し、密度を算出した。また、電気導電率計に
より材料の電気伝導度を測定した。これらの測定結果は
実施例１〜３の第１表に示すものと同一の結果となっ
た。したがって第３〜４図中の実施例１〜３を本製法の
ものにおきかえて見ればよい。

これらの円板は実施例１〜３と同じ手順で真空スイッ
チ管に組み込み、同じ電気テストを行った。結果は実施
例１〜３とまったく同じであり、第５〜７図中の実施例
１〜３を本製法で作成した実施例４〜６として見ればよ
い。

電気テスト終了後の接点表面荒れも実施例１〜３と同
じ手順で行った。結果は実施例１〜３と同一となった。

以上のことから、本発明の接点材は本発明の接点材の
製法を用いればどちらの製法でも同一性能を示すことが
わかる。

また、他の実施例として実施例１〜３に示したホット
プレス法で混合粉末をあらかじめ金型プレスもしくはラ
バープレスなどを用いて圧粉体を作成しておけばダイス
に充填できる量が数倍になり、より効率的である。さら
に他の実施例として、実施例４〜６に示したHIP法で圧
粉体をあらかじめ600〜980℃の範囲で焼結しておけば、
粉末表面に吸着されている水分、ガスなどが離脱すると
共に、若干焼結が進むためHIPの際の体積変化が少な
く、ステンレス容器の破損などの事故も防ぐことができ
る。

つぎにえられた第３〜10図について考察する。第３図
は本発明の接点材の電気伝導度を示すグラフである。た
だし比較例３のCr−Ｗ接点材について第３の横軸のCr含
有量をＷの含有体積％で置き換えて表示してある。第３
図より本発明の接点材は従来の製法である焼結法で作成
したCu−Cr接点材（比較例２）より電気伝導度が高いこ
とがわかる。なお、第３図中比較例２においてCrの含有
量が多くなると極端に電気伝導度が低下するのは、従来
の製法である焼結法ではCrの含有量が多くなると焼結が
進みにくくなり、その結果材料内部に多量の巣を含有す
ることによる。また、測定装置の関係でI.A.C.S％で10
％以下は、測定しにくいため、含有量が70体積％のもの
は計測を行ったが値が不明であった。また本発明の接点
材は比較例１のホットプレスで作成したCu−Cr接点材と
比較すると、わずかに低い電気伝導度を示し、Tiの含有
量が０体積％（比較例１）から増えるにしたがって、実
施例２（Ti＝0.1体積％）、実施例３（Ti＝１体積％）
の順で電気伝導度が低下している。これは接点材中のTi
がCuに固溶し、Cuの電気伝導度を低下させることいによ
る。一方、比較例３のCu−Ｗ接点材が高い電気伝導度を
示すのは、CuとＷが反応を起こさないため、Cuの電気伝
導度を低下させないこと、および製法が溶浸法という常
法を用いているため、接点材中に空孔がほとんどなくか
つCuの分布が電流経路をうまく形成し、抵抗の少ない形
になっていることによっている。

第４図は本発明の接点材の密度を示すグラフである。
横軸は第３図と同じくCr含有率を体積％で示している
（比較例３についてはＷ含有率を体積％で示してい
る）。第４図より本発明の接点材（実施例１〜３）は比
較例２の従来のCu−Cr接点材に比べ、高密度を示し、ほ
ぼ理論密度に近い値（99％以上）を示している。なお、
比較例２の従来の接点材がかなり低い密度を示すのは、
先にも述べたように焼結が進まないためである。また、
比較例１のCu−Cr接点材は本発明の接点材とほぼ同一デ
ータとなった。これは同一製法のためと思われる。一
方、比較例３の従来例のCu−Ｗ接点材はほぼ理論値（10
0％）を示しており、これは先にも述べたように、その
製造法が溶浸法という、Ｗ粉末の圧粉体中空隙に溶融し
たCuを浸み込ませる方法をとっているため、比較的簡単
に空孔のない接点材がえられるからである。

ついでこれらの接点材を機械加工した後、真空スイッ
チ管に組み込み、耐電圧試験を行った。結果を第5A〜5D
図に示す。横軸は第３図と同じくCr含有率を体積％で示
したものである。第5A〜5B図は電流投入、無負荷しゃ断
（投入責務）を行った際の耐電圧性能を示したもので、
投入電流は5kAで第5A図は初期値として1000回開閉後、
第5B図は10万回開閉後のデータを示す。第5A〜5B図中上
側の線は平均値、下側の線は最低値を示す。また第5C〜
5D図は、無負荷投入、電流しゃ断（しゃ断責務）を行っ
た際の耐電圧性能を示したもので、しゃ断電流は1kAで
第5C図は初期値として1000回開閉後、第5D図は10万回開
閉後のデータを示す。第5C〜第5D図中上側の線は平均
値、下側の線は最低値を示す。なお、耐電圧性能は、比
較例３のCu−Ｗ接点材製の接点の初期耐電圧性能（第6A
図および第6C図）を基準として規格化して示してある。

第6A〜6D図は第5A〜5D図に示した本発明の接点材と同
じ耐電圧試験を比較例３の従来例のCu−Ｗ接点材製の接
点について行った結果に関し、横軸はＷ含有量を体積％
で示したものであり、第6A〜第6D図中上側の線は平均
値、下側の線は最低値を示す。

第6A〜6B図より、投入責務に関しては、比較例３のCu
−Ｗ接点材製の接点は耐電圧性能が平均値で1.0から0.8
6へと低下し、最低値で0.62から0.53〜0.55へと低下し
ていることがわかる。

一方、第5A〜5B図より、本発明の接点材の投入責務に
関しては、初期耐電圧性能は平均値で比較例３のCu−Ｗ
接点材製のものと同じく1.0であり、最低値で0.72と比
較例３のものの0.62より高い値を示す。また、10万回開
閉後も、実施例１のTi含有量が0.5体積％製のものは初
期値1.0を維持し、実施例２のTiが含有量0.1体積％製の
ものも0.98、実施例３のTi含有量が１体積％製のものも
0.97と若干初期値より低下するものの、比較例３の従来
例のCu−Ｗ接点材製のものの0.86よりはかなり高い耐電
圧性能を示す。また、10万回開閉後の最低値について
も、実施例１のTi含有量が0.5体積％製のものは0.78〜
0.8、実施例２のTi含有量が0.1体積％製のものは0.72〜
0.76、実施例３のTi含有量が１体積％製のものは0.74〜
0.77と、第5A図の初期における最低値0.72よりも向上し
ており、比較例３の従来例のCu−Ｗ接点材製のものの初
期値0.62より高く、10万回開閉後の0.53〜0.55よりはさ
らに高く、すぐれた耐電圧性能を有していることがわか
る。一方、比較例１のCu−Cr接点材製のものについて
は、初期は本発明の接点材製のものと同一の平均値で1.
0、最低値で0.72という値を示すが、10万回開閉後は平
均値で0.93、最低値で0.55〜0.68と低下し、比較例３の
従来例のCu−Ｗ接点材製のものよりはすぐれているもの
の、最低値で、初期値を下回わる特性となっている。

また、第5B図より、本発明の接点材のTi含有量が耐電
圧性能へ与える影響は、平均値および最低値で0.5体積
％が最も効果が高いことがわかる。さらに、最低値につ
いてはTi含有量の増加と共に、最低値の中の最高値が高
Cr含有側へ移動していることがわかる。

第6C〜6D図は比較例３のCu−Ｗ接点材製のもののしゃ
断責務を示し、耐電圧性能は平均値で1.0から0.98へと
低下し、最低値で0.7から0.61へと低下していることが
わかる。

一方、第5C〜5D図より、本発明の接点材製のもののし
ゃ断責務に関しては、初期耐電圧性能は比較例３のCu−
Ｗ接点材製のものと同じく平均で1.0であり、最低値で
も0.7と比較例３のものと同じ値を示す。しかし、10万
回開閉後は平均値で1.0と初期値を維持し、比較例３の
ものの0.98よりすぐれた性能を示す。また、最低値も0.
79と初期値0.7に比較してすぐれた耐電圧性能を有する
ことがわかる。また比較例１も本発明の接点材製のもの
と同一の性能を示すことから、Ti添加の効果はとくに投
入責務で著しいことがわかる。

第7A〜7C図はこのTiの効果を分りやすく図示したもの
であり、横軸はTiの添加量、縦軸は耐電圧性能を示し、
第7A図がCr含有量が50体積％、第7B図がCr含有量が60体
積％、第7C図がCr含有量が70体積％について示してあ
る。Ti含有量が0.1〜1.15体積％の範囲外の値は参考例
１〜３の接点材製のスイッチの測定結果を用いた。な
お、耐電圧性能は絶縁破壊を起こしたばあい、重大事故
となるため最低値が最も重要となる。したがって第7A〜
7C図は投入責務10万回後の最低値でプロットした。第7A
図より、Cr含有量が50体積％のばあいTi含有量が0.04体
積％から1.15体積％の範囲で初期値0.72を上回ることが
わかる。また第5B図よりCr含有量が60体積％のばあい、
含有量が0.05体積％から1.35体積％の範囲で初期値0.72
を上回り、第7C図よりCr含有量が70体積％のばあい、Ti
含有量が0.1体積％から1.3体積％の範囲で初期値を上回
り、すぐれた性能を示すことがわかる。

なお、耐電圧性能が開閉回数の増加にしたがって低下
しないということは、スイッチとしての品質保持および
保守点検の面からも重要である。

第８図はTi添加の効果とCr含有量が耐電圧性能にどの
ように影響するかを示したもので、Tiを含有しない比較
例１の従来のCu−Cr材製のものはCr含有量が50体積％付
近にピークを持つものの0.68程度であり、初期値0.72よ
り低いことがわかる。また、Tiの添加量が0.5体積％ま
では性能が向上して行く方向にあり、0.5体積％をすぎ
ると性能が下降していることがわかる。Crの含有量とし
てはTi含有量が0.5体積％で45体積％が初期値0.72を維
持する下限となり、同じくTi含有量が0.5体積％で73体
積％が上限となっている。

以上、耐電圧性能については、本発明の接点材製のス
イッチが10万回開閉後の状態でも、投入責務およびしゃ
断責務双方で従来のCu−Ｗ接点材よりすぐれた性能を示
すことが、平均値および最低値から理解される。また、
実用上問題になる耐電圧性能としては、平均値もさるこ
とながら最低値であり、実際に絶縁破壊が起こるのはこ
の最低値が重要となるため、比較例１のCu−Cr接点材
（第5B図参照）は初期値から比べて最低値が低下してい
るため、非常に用いにくいことがわかる。

なお、従来例としての焼結法で作成したCu−Cr接点材
は、初期から非常に低い耐電圧性能であったため、表示
していない。

第９図は本発明の接点材を用いたスイッチの電流しゃ
断性能を示したもので横軸はCrの含有率を体積％で示し
たものである。また第９図には比較例１の接点材を用い
たスイッチおよび比較例３のCu−Ｗ接点材のスイッチの
しゃ断性能をＷ含有率を体積％で併せて示す。Cu−50体
積％Ｗの電流しゃ断性能を基準とし、各スイッチの電流
しゃ断性能を表わしている。試験方法は単相合成しゃ断
試験を行い、電流値を徐々に上昇させて行き、しゃ断に
成功した最大の電流値をそのスイッチのしゃ断性能とし
た。第９図より本発明の接点材を用いたスイッチは、比
較例３の従来例のCu−Ｗ接点材のものよりはるかにすぐ
れた電流しゃ断性能を有していることがわかり、比較例
１のCu−Cr接点材のものよりもすぐれていることがわか
る。また、Ti添加の効果としては0.1体積％（実施例
２）で比較例１のCu−Crのものより性能がすぐれ、0.5
体積％（実施例１）のもので最良となり、１体積％（実
施例３）のもので若干性能が低下するものの比較例１の
ものよりはすぐれていることがわかる。また全体として
Cr含有量が増加すると、電流しゃ断性能が低下して行く
傾向がみられるが、これは材料中のCuの含有量が減少し
て行くため、接点材の電気伝導度が低下し、逆に抵抗が
高くなって行くため電流しゃ断時に発生するジェール熱
が大きくなり、かつ熱伝導率が悪いためアークによる熱
エネルギーをうまく放散させることができず電流しゃ断
性能が低下したものと思われる。

第10図は、先に示した耐電圧性能テスト品（投入責
務）について10万回開閉を行った後の真空スイッチ管を
分解し、その接点表面を調査した際の接点荒れについて
示したものであり、横軸はCr含有率を体積％で示したも
のである。縦軸の表面荒れの計測は、真空スイッチ管に
組込む前の接点を基準とし、この基準表面から何mm凹ん
だか、凸になったかでその最大値を示してある。第８図
より本発明の接点材を用いたスイッチは比較例１を用い
たものより10万回の投入責務後でも表面荒れが少なく、
すぐれた接点材であることがわかる。また、このことよ
りこの表面荒れが前述の耐電圧性能に大きく寄与してい
ることもわかる。

なお、比較例３の従来例のCu−Ｗ接点材を用いたスイ
ッチの表面荒れはかなりひどく5mm以上あった。

この表面荒れは、電流を付与する際に接点どうしが投
入アークにより微小溶融した状態で結合し、これを引き
はずす際にどちらかの接点の表面が相手接点側に持って
行かれる現象（転移）が多数回くり返されることによ
り、この転移が徐々に大きくなって行くことで形成され
る。本発明の接点材の表面荒れが小さい理由としては、
Tiの効果が考えられ、先に述べた微小溶融部にTiを含ん
だ比較的もろい組織が形成され、この部分で引き外され
るため、転移が成長しにくいものと考えられる。

なお、結果として表面荒れが少ないものが10万回開閉
後の耐電圧性能にすぐれるという形になっているが、実
際に接点表面上に突起があると、この部分に電界が集中
し、絶縁破壊を起こす電圧が低下する。したがって、表
面荒れは極力少ない方が、耐電圧的に安定であるといえ
る。

一方、しゃ断責務の耐電圧試験を行ったスイッチにつ
いては表面荒れは少なかった。この理由は、無負荷で接
点どうしを接触させたのち、電流をしゃ断するため、接
点どうしの溶融接合がなく、かつ接点表面がアークにな
められるため、比較的接点表面が平なまま維持されるこ
とによる。ただし、比較例３の従来例のCu−Ｗ接点材を
用いたものはCuとＷの融点に大きな差があるため、電流
アークによりCuが選択的に蒸発飛散するため、接点表面
層がＷに富む形になり、かつ若干の凹凸は存在するた
め、電子を放出しやすい形になり、先に述べた耐電圧性
能の低下につながったと思われる。

以上の結果から、本発明の接点材はCrが50〜70体積
％、Tiが0.1〜1.15体積％、残部がCuからなりさらには
密度が99％以上あれば、投入責務、しゃ断責務で10万回
開閉しても、すぐれた耐電圧性能を示し、かつ接点の表
面荒れも非常に少なく、電流しゃ断性能にもすぐれてい
ることがわかる。

さらに、本発明の接点材は本発明の製法に示すように
CuとCrの反応を極力おさえ電気伝導度の低下をおさえ、
かつ高密度にする製法が必須条件となる。

また、本発明の接点材を前記のようにして真空スイッ
チ管に組み込み、1KAの負荷を投入、しゃ断するテスト
を10万回行ったが、耐電圧性能の低下はみられず、10万
回時点でもしゃ断アークの伸びは見られなかった。ここ
で、しゃ断アークが伸びるということは、しゃ断性能が
低下し、交流半波の電流零点ではしゃ断できず、さらに
半波目の電流零点もしくはさらに半波目の電流零点でし
ゃ断を完了するためアーク時間が延びるということであ
る。また接点の溶着による引き外し不能といった現象も
見られず、接点表面も非常にきれいであった。

参考例４実施例１〜３と同一手順で接点材の配合は第１表の製
造例２と同一品を作成した。ただし、荷重は100kg/cm²
でプレスした。えられた接点材について前記と同じ方法
で密度、電気伝導度を測定した。その結果密度は97％、
電気伝導度はI.A.C.S％で27％であった。この接点材を
前記と同様に真空スイッチ管に組み込み電気テストを行
った。この結果、耐電圧性能に関しては投入責務で初期
平均値0.98、最低値0.62、10万回開閉後、平均値で0.8
5、最低値で0.6、しゃ断責務で初期平均1.0、最低値0.
7、10万回開閉後平均値で1.0、最低値で0.7となり、密
度および電気伝導度が低くなると性能が低下することが
わかった。また、投入責務で10万回開閉を行った後の接
点の表面荒れも3mmと大きく密度の影響が大きくでてい
ることがわかった。なお電流しゃ断性能についてはあま
り変化はなかった。

参考例５実施例４〜６と同じ手順で接点材の配合は第５表の製
造例11と同一品を作成した。ただし、温度は1100℃で行
った。えられた接点材は前記方法で密度、電気伝導度測
定を行った。その結果密度は99.9％、電気伝導度はI.A.
C.S％で25％であった。密度が高いにもかかわらず電気
伝導度が低下した理由は接点材製造の際に1100℃まで加
熱したため、CuとCrとTiが反応を起こし、Cu中に多量の
CrおよびTiが固溶したため、Cuの電気伝導度が低下した
ことによる。この接点材を前記と同様に真空スイッチ管
に組み込み電気テストを行った。この結果、耐電圧性能
に関しては投入責務で初期平均値1.0、最低値で0.71、1
0万回開閉後で平均値0.93、最低値0.7となり、最低値で
初期値を若干下回わることが判った。なお、しゃ断責務
については本発明の接点材のものとほぼ同じ値となっ
た。また接点の表面荒れについても本発明の接点材より
若干悪く2mm程度の値となった。しゃ断性能については
ほとんど変化がなかった。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のCr粉末が50〜70体積％、Ti粉
末が0.1〜1.15体積％、残部がCu粉末からなる混合粉末
を真空引した後、非酸化雰囲気中、800℃以上、Cuの融
点未満の温度で加熱しながらプレスして得られる真空ス
イッチ管用接点材は多数回の負荷投入もしくは負荷しゃ
断もしくは負荷投入負荷しゃ断を行っても耐電圧性能が
低下せず、すぐれた値を示し、しゃ断性能、接点荒れ、
溶着引き外し力などの各種性能にすぐれた真空スイッチ
管用接点材であり、また本発明の製法によればこのよう
なすぐれた特性を有する接点材を製造するとができる。

【図面の簡単な説明】

第1A〜1C図は本発明の一実施例における接点材の製法を
示す工程図、第2A〜2E図は同じく他の実施例における接
点材の製法を示す工程図、第３図は実施例および比較例
の接点材の電気伝導度を示すグラフ、第４図は同じく密
度を示すグラフ、第5A〜5D図は同じく耐電圧性能を示す
グラフ、第6A〜6D図は従来例のCu−Ｗ接点材の耐電圧性
能を示すグラフ、第7A〜7C図はTi含有量が耐電圧性能に
与える影響を示すグラフ、第８図はCr含有量が耐電圧性
能に与える影響を示すグラフ、第９図は実施例および比
較例のスイッチのしゃ断性能を示すグラフ、第10図は同
じく表面荒れを示すグラフである。（図面の主要符号）（１）：カーボンダイス（２）：押し棒（３）：混合粉末

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−29026（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−288331（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−167926（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−202813（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Cr粉末、Ti粉末及びCu粉末を、Cr粉末が50
〜70体積％、Ti粉末が0.1〜1.15体積％、残部がCu粉末
からなる割合で混合した後真空引し、次に非酸化雰囲気
中、800℃以上、Cuの融点未満の温度で加熱しながらプ
レスして得られる真空スイッチ管用接点材。
【請求項２】Cr粉末、Ti粉末及びCu粉末を、Cr粉末が50
〜70体積％、Ti粉末が0.1〜1.15体積％、残部がCu粉末
からなる割合で混合して混合粉末を得る手順と、上記混
合粉末を真空引したのち非酸化雰囲気中、800℃以上、C
uの融点未満の温度で加熱しながらプレスする手順とを
含むことを特徴とする真空スイッチ管用接点材の製法。